陸毅初 周源源

【摘 要】文章通過對某商用車在安全帶拉力試驗(yàn)中中排座椅右后腳安裝螺母脫開的原因進(jìn)行分析，并對中排座椅右后腳安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高了安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。新結(jié)構(gòu)經(jīng)安全帶拉力試驗(yàn)驗(yàn)證可行，有效地保證了座椅安裝的可靠性。

【關(guān)鍵詞】座椅安裝板；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；強(qiáng)度；拉力試驗(yàn)

【中圖分類號】U463.836 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）12-0055-03

0 引言

汽車安全座椅是汽車普遍采用的安全裝備，是一種有效的成員保護(hù)裝置。為使座椅在汽車上能充分發(fā)揮作用，除本身的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度外，它在車身上的安裝強(qiáng)度（車身座椅固定點(diǎn)強(qiáng)度）也至關(guān)重要。本文針對某商用車中排座椅右后腳安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)在安全帶拉力試驗(yàn)中出現(xiàn)的螺母脫開問題，采用CAE輔助分析手段，對其固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)成功地解決了安全帶拉力試驗(yàn)中出現(xiàn)的安裝螺母脫開問題。通過這一實(shí)例，本文總結(jié)了座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為今后進(jìn)一步優(yōu)化車身強(qiáng)度和功能的設(shè)計(jì)提供一些借鑒和參考。

1 座椅安裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某商用車中排座椅安裝點(diǎn)位置分布在車架后地板橫梁一焊合件上，每個安全帶安裝板上有一個安裝點(diǎn)，安裝點(diǎn)沿Y向布置，2個座椅安裝螺母均布于座椅安裝板上的安裝螺母板上，中排座椅右后腳安裝板與橫梁通過電阻點(diǎn)焊連接，而座椅則通過螺栓固定在中排座椅右后安裝板上（如圖1所示）。

某商用車在安全帶拉力試驗(yàn)中，中排座椅右后腳安裝螺母出現(xiàn)脫開的問題（如圖2所示）。

2 原因分析

2.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

經(jīng)CAE模擬分析得知：座椅安全帶安裝板開裂處的最大應(yīng)變值為0.621（其應(yīng)變要求≤0.12），超出其應(yīng)變要求范圍，座椅安裝板的材料為ST37-2G，其理論屈服值≥215 MPa，安全使用范圍≤215×80%=172 MPa，安全裕度較?。ㄈ鐖D3所示）。在安全帶拉力試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足導(dǎo)致螺母直接脫開。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)過調(diào)查分析，中排座椅的載荷通過安裝螺栓傳遞給座椅安裝板和橫梁，座椅右后腳安裝板一端懸空于橫梁上，懸空的一端在Z向上有螺母板支撐，而橫梁腔體中的座椅安裝點(diǎn)在Z向上沒有有效的結(jié)構(gòu)支撐（如圖4所示），座椅安裝結(jié)構(gòu)在承受拉力的同時(shí)還承受剝離力，導(dǎo)致應(yīng)力集中。

從CAE的分析結(jié)果我們也可以得到有效的驗(yàn)證，故需對此處結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以解決安全帶拉力試驗(yàn)中的螺母脫開問題。

3 方案的制訂與確認(rèn)

3.1 方案的制訂

根據(jù)以上分析，只要在橫梁腔體上方的安裝點(diǎn)處增加Z向的結(jié)構(gòu)支撐或提高此處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，加強(qiáng)此處結(jié)構(gòu)的剛度和抗拉強(qiáng)度，就可降低座椅安裝板的應(yīng)變和橫梁焊點(diǎn)的應(yīng)力。結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制訂如下方案。

方案一：新增螺母板，原座椅安裝板結(jié)構(gòu)更改，取消橫梁腔體內(nèi)座椅安裝板一側(cè)的翻邊（如圖5所示），螺母板與橫梁內(nèi)側(cè)面、座椅安裝板均通過焊點(diǎn)連接，以加強(qiáng)此處結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

方案二：原座椅安裝板結(jié)構(gòu)不變，新增“U”形螺母板，螺母板與橫梁內(nèi)側(cè)面通過二保焊連接，螺母板與座椅安裝板通過焊點(diǎn)連接，以加強(qiáng)此處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（如圖6所示）。

方案三：新增螺母板，原座椅安裝板結(jié)構(gòu)更改，螺母板與橫梁內(nèi)側(cè)面通過二保焊連接，螺母板與座椅安裝板通過焊點(diǎn)連接，以提高零件結(jié)構(gòu)的Z向強(qiáng)度（如圖7所示）。

3.2 方案的確定

通過運(yùn)用有限元虛擬分析軟件（CAE分析）對方案進(jìn)行分析，結(jié)果如圖8所示。

從CAE的模擬分析發(fā)現(xiàn)：方案一原座椅安裝板結(jié)構(gòu)更改，新增螺母板，座椅安裝板應(yīng)變值由0.621降為0.077，降低了約87%；焊點(diǎn)力值由2.7降為0.57，降低了約79%，應(yīng)變值與焊點(diǎn)力值均滿足要求，改善效果明顯。

方案二原座椅安裝板結(jié)構(gòu)不變，新增螺母板，座椅安裝板應(yīng)變值由0.621降為0.076，降低了約88%；焊點(diǎn)力值由2.7降為0.36，降低了約87%，應(yīng)變值與焊點(diǎn)力值均滿足要求，改善效果明顯。

方案三新增螺母板，原座椅安裝板結(jié)構(gòu)更改，座椅安裝板應(yīng)變值由0.621降為0.104，降低了約83%；焊點(diǎn)力值由2.7降為0.65，降低了約76%，應(yīng)變值與焊點(diǎn)力值均滿足要求，改善效果明顯。

4 方案驗(yàn)證和實(shí)施

結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、CAE分析結(jié)果、制造工藝性及更改費(fèi)用等因素，最終選擇方案二：在中排座椅右后腳安裝點(diǎn)處增加帶加強(qiáng)筋特征的“U”形螺母板，原座椅安裝板結(jié)構(gòu)不變，螺母板與橫梁側(cè)面通過二保焊連接，與座椅安裝板通過焊點(diǎn)連接。經(jīng)過優(yōu)化后，座椅安裝板此處的最大應(yīng)變值下降為0.076，焊點(diǎn)力值下降為0.36，此方案經(jīng)安全帶拉力試驗(yàn)驗(yàn)證，原安裝螺母脫開處沒有發(fā)生螺母脫開問題，說明此結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，改進(jìn)措施有效。通過實(shí)施該方案，基本上達(dá)到了如下效果。

（1）提高此處結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和抗扭強(qiáng)度，并能把座椅傳遞過來的載荷應(yīng)力快速分散到橫梁上，避免應(yīng)力集中，提升了座椅安裝結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性。

（2）座椅安裝螺母脫開處應(yīng)變值降低了約88%，焊點(diǎn)力值降低了約87%，解決了中排座椅右后腳安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)在安全帶拉力試驗(yàn)中出現(xiàn)的安裝螺母脫開問題。

原結(jié)構(gòu)跟優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在安裝點(diǎn)處截面分別如圖9、圖10所示。

5 總結(jié)

在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮零件的受力情況、材料強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的合理性等因數(shù)，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的邊界條件及所承擔(dān)的功能對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用CAE等模擬軟件對其進(jìn)行分析，同時(shí)通過安全帶拉力試驗(yàn)等進(jìn)行驗(yàn)證，不斷對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改善，最終達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]黃天澤.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]王偉，段茂才，劉劍.汽車后排座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（4）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]